基于LTC68021鋰電池組管理芯片設計的電池組均衡電路

　　本文設計的均衡電路的基本原理是通過使用專用電池組管理芯片LTC6802-1測量電池組中單體電池電壓，將數據通過SPI總線傳送給單片機，單片機通過決策對均衡電路進行控制。實驗表明，基于LTC6802-1芯片設計的均衡電路，在電池組使用過程中單體電池的能量一致性得到了明顯改善。

　　1 均衡電路工作原理

　　本文基于LTC68021 鋰電池組管理芯片設計的電池組均衡電路，由取電系統、嵌入式處理器、LTC6802-1數據采集及均衡電路四部分構成，電路框圖如圖1所示。

　　圖1 基于LTC6802-1設計的均衡電路結構框圖

　　取電系統是均衡電路的供電來源，電源取自鋰電池組，并提供給低功耗嵌入式處理器與LTC6802-1芯片。嵌入式處理器時均衡電路的核心，一方面通過SPI接口與LTC6802-1進行通信，另一方面對獲得的數據進行簡單的處理。數據采集電路主要由LTC6802-1芯片構成, 該芯片內置了高精度 AD 轉換器，結合外部濾波電路可以對鋰電池組參數實現精確得采樣。LTC6802-1芯片均衡接口的特殊設計，能夠控制外部均衡電路進行工作，簡化了均衡電路。

　　1. 1 取電系統

　　LTC6802-1最多能夠管理12節串聯的鋰電池組，以萬向電動汽車有限公司生產的WX11 I3215鋰電池為例，單體電池在使用過程中電壓在2. 8 3. 8V 變化， 12節WX11 I3215串聯的鋰電池組在使用過程中電池組總電壓的變化范圍在33. 6 45. 6V。均衡電路中嵌入式處理器A tmega16L與LTC68021均使用5V 直流電源供電，因此取電系統的輸出電壓選擇為5V。由于均衡電路中采用的都是低功耗芯片，取電系統的輸出功率選擇為5W。基于上述取電系統的寬電壓輸入的特殊性，本文中取電系統采用單片開關電源芯片TOPSw itch設計了一種具有輸入電壓范圍寬的開關電源。

　　1. 2 嵌入式處理器及SPI接口

　　本文選用A tme l公司的AVR系列處理器A tmega16L,該芯片具有16kb的在線編程Flash程序存儲器、512字節EEPROM、2kb SRAM、32 個通用工作寄存器、32 個通用I/O口，還具有SPI、USART 等豐富的外設。同時， A tmega16L芯片具有低功耗貼片封裝可滿足低功耗均衡電路的設計要求，芯片豐富的內部資源及接口可以完成鋰電池組管理系統的各種功能。A tmega16L 通過SPI總線與LTC6802-1進行通信。

　　LTC6802-1 芯片SPI 工作模式固定為CPHA = 1,CPOL= 1, 字節發送高位在先，可以支持主機最大SPI移位頻率到1MHz。因此，在A tmega16L的SPI驅動函數編寫中SPI外設控制寄存器要有相同的配置。

　　本文設計的均衡電路中A tm ega16L通過SPI總線讀取各電池電壓的AD 轉換值，然后對電池電壓進行排序，選擇出最高電壓所對應的電池，接著發送指令控制LTC6802-1對均衡電路進行操作。軟件流程如圖2所示。